Anti-aging Effects of Fermented Solanum melongena L. Peels Extracts in Human Dermal Fibroblasts and its Cosmetics Development

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The skin, being the outermost organ of the human body, provides a crucial barrier against various external stimuli. Skin exposure to ultraviolet radiation is known to induce the generation of reactive oxygen species (ROS), contributing to skin aging. ROS promotes the secretion of inflammatory cytokines and matrix metalloproteinases (MMPs), leading to collagen degradation. Numerous studies have focused on inhibiting ROS, revealing natural substances with antioxidant properties. The peel of Solanum melongena (eggplant) is rich in phenolic and flavonoid compounds, demonstrating antioxidant and anti-inflammatory characteristics. Lactobacillus plantarum, a type of probiotic, is known for its antioxidant and anti-inflammatory properties.
This study aimed to evaluate the anti-aging efficacy of bio-converted eggplant peels (BEPs) in human dermal fibroblasts (HDFs). Hydrogen peroxide (H2O2) treatment was employed to induce oxidative stress in HDFs. BEPs showed no toxicity up to 100 ppm concentration in HDFs. BEPs also demonstrated wound healing efficacy in H2O2-damaged HDFs. BEPs decreased ROS levels and increased mitochondrial membrane potential in H2O2-damaged HDFs. BEPs inhibited phosphorylation levels of ERK, p38, JNK, and NF-κB, and downregulated the expression of p16, p21, and p53 in H2O2-damaged HDFs. BEPs upregulated the mRNA expression of type I collagen and SOD1 in H2O2-damaged HDFs. Furthermore, BEPs significantly suppressed the expression of inflammatory cytokines, interleukin (IL)-6 and IL-1β. Cream-type cosmetics containing BEPs were performed stability testing under various temperature conditions.
Taken together, BEPs possess anti-aging and anti-inflammatory properties more than non-fermented EPs, making them an effective ingredient in anti-aging cosmetics.

국문 초록 (Abstract)

피부는 우리의 몸에서 가장 바깥 쪽에 위치한 기관으로 다양한 외부 자극으로부터 보호한다. 피부는 외부 자극 중 하나인 자외선에 장시간 노출될 때 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)이 발생하며 피부노화를 초래한다. ROS는 염증성 사이토카인과 기질금속단백질분해효소(matrix metalloproteinases, MMPs)의 분비를 촉진시키고 콜라겐 분해를 야기한다. 이러한 ROS를 억제하기 위해 많은 연구가 진행되었고 항산화 효능을 갖는 천연물이 발견되었다. 가지(Solanum melongena)의 껍질에는 페놀 및 플라보노이드 성분이 다량 함유되어 있으며 항산화 및 항염증 특성이 존재한다. 락토바실러스 플란타륨(Lactobacillus plantarum)은 유산균의 한 종류로서 항산화 및 항염증 특성을 갖고 있다. 본 연구는 인간 진피 섬유아세포 (Human Dermal Fibroblasts, HDFs)에서 발효된 가지껍질추출물 (Bio-converted Eggplant Peels, BEPs)의 항노화 효능을 평가하였다. HDFs에 산화적 스트레스를 유발하기 위해 H2O2 처리했다. BEPs는 HDFs에서 100 ppm까지 독성이 나타나지 않았다. 또한 H2O2로 손상된 HDFs에서 상처 치유 효능을 입증했다. BEPs는 H2O2로 손상된 HDFs의 ROS level을 낮췄으며, 미토콘드리아 막전위를 증가시켰다. BEPs는 H2O2로 손상된 HDFs에서 ERK, p38, JNK, NF-κB의 인산화를 억제했으며 마찬가지로 p16, p21 그리고 p53의 발현도 하향 조절했다. BEPs는 H2O2로 손상된 HDFs의 type I collagen과 SOD1의 mRNA 발현량을 상향 조절했다. 또한 BEPs는 염증성 사이토카인인 인터루킨(IL)-6 및 IL-1β 발현을 유의하게 억제했다. 또한 BEPs를 포함한 크림 타입 화장품은 여러 온도 조건에서 안정성 테스트가 평가되었다.
이러한 결과는 BEPs가 항노화 및 항염증 효능이 있으며 더 나아가 항노화 화장품에서 유효성분으로 사용이 가능할 것을 시사하고 있다.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables ii
• List of Figures iii
• Abstract iv
• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 3
• 2.1. Chemicals and reagents 3
• 2.2. Preparation of fermented Solanum melongena L.(eggplant) peel extracts 4
• 2.3. Cell culture 5
• 2.4. Measurement of cytotoxicity 6
• 2.5. Wound healing analysis 7
• 2.6. Assessment of intracellular ROS 8
• 2.7. Mitochondrial membrane potential 9
• 2.8. Quantitative real-time polymerase chain reaction 10
• 2.9. Western blot analysis 11
• 2.10. Viscosity measurements of cream formulations 13
• 2.11. Stability tests under several temperatures 13
• 2.12. Statistical analysis 14
• Ⅲ. Results 15
• 3.1. Effect of bio-converted eggplant peels (BEPs) on the viability of HDFs. 15
• 3.2. Wound healing effect of BEPs in H2O2-damaged HDFs. 17
• 3.3. Inhibitory effect of BEPs on intracellular ROS production in H2O2-damaged HDFs. 20
• 3.4. Fluorescence measurement of mitochondrial membrane potential for EPs and BEPs. 23
• 3.5. Effect of BEPs on MAPK expression in H2O2-damaged HDFs. 25
• 3.6. Inhibitory effect of BEPs on the phosphorylation levela of NF-κB in H2O2-damaged HDFs. 27
• 3.7. BEPs restored the senescent HDFs. 29
• 3.8. Effect of BEPs on the mRNA expression level of type Ⅰ collagen, Superoxide dismutase 1 (SOD1), and inflammatory cytokines in H2O2-damaged HDFs. 31
• 3.9. Making a cream containing BEPs. 33
• 3.10. Stability tests at temperature and color changes. 36
• Ⅳ . Discussion 39
• References 43
• Abstract (in Korean) 50